Jeśli szukałeś informacji, w jaki sposób sterować pracą silnika prądu stałego przy pomocy mikrokontrolera, na pewno trafiłeś na określenie „mostek h”. Czym jest mostek h? Jak wykorzystać go w robocie? O tym jest ten artykuł.
1. Czym jest mostek H?
Mostek H (ang. H-bridge) jest umownym określeniem układu, którego zadaniem jest sterowanie silnikiem prądu stałego (DC). Nazwa wzięła się od charakterystycznego wyglądu jego schematu elektrycznego – przykładowy przedstawiłem na rysunku poniżej..
Schemat ideowy mostka H
2. Zasada działania
Jak już zapewne wiecie, sterowanie silnikiem bezpośrednio z portu mikrokontrolera nie wchodzi w grę (pobiera on zwykle zbyt dużo prądu w stosunku do możliwości mikrokontrolera, często jest też zasilany wyższym napięciem). Ponadto – w jaki sposób sterować kierunkiem obrotów?
Mostek H bardzo to zadanie ułatwia. Uproszczona wersja składa się z czterech „kluczy” – tranzystorów MOSFET, IGBT lub innych elementów półprzewodnikowych. Na poniższych rysunkach zostały one zastąpione zwykłym, mechanicznym włącznikiem. Zwróć uwagę na polaryzację napięcia na silniku (czerwony prostokąt przy nim oznacza „+”) oraz kierunek przepływu prądu i obrotów silnika w zależności od tego, która para „kluczy” przewodzi.
Obwód mostka przy sterowaniu silnikiem w jednym kierunku
Obwód mostka przy sterowaniu silnikiem w kierunku przeciwnym
3. Zastosowanie praktyczne
W praktyce najczęściej mamy do czynienia z gotowymi układami scalonymi ze zintegrowanymi dwoma mostkami H (obsługa dwóch silników). Do najczęściej wykorzystywanych należą L293DNE i L298. Dodatkową zaletą takich układów są wejścia „Enable” – poprzez zmianę napięcia w zakresie 0-5V, jesteśmy w stanie płynnie regulować napięcie zasilania silnika, czyli pośrednio ich prędkość obrotową. Warto zwrócić uwagę na to, że L293DNE w przeciwieństwie do innych układów z tej rodziny (L293B, L293) posiada zintegrowane w obudowie diody przeciwprzepięciowe, co nieco upraszcza projektowane schematy i PCB.
Wyprowadzenia pinów mostka L293DNE
Wyprowadzenia pinów mostka L298
Zdjęcie L293D w obudowie DIP
Sprawa inaczej wygląda w przypadku L298 – tutaj musimy zaopatrzyć się w 8 szybkich diod Schottky’ego i połączyć je w sposób przedstawiony na jednym ze schematów.
Diody rozładowcze zabezpieczające przed przepięciami
O programowym wykorzystaniu pinów ENABLE napiszę w artykule poświęconym PWM, na początku wystarczy podłączyć je do „+” zasilania logiki (czyli 5V).
Podstawowe różnice między L293 i L298 przedstawia poniższa tabelka, po szczegóły odsyłam do ich dokumentacji technicznych:
Podstawowe parametry mostków L293D i L298
Przykładowy schemat połączenia L293DNE z Atmega8:
Przykładowe połączenie mostka L293D z mikrokontrolerem ATmega8
4. Mostek na tranzystorach
Oczywiście, nic nie stoi na przeszkodzie by zbudować mostek H samemu – jest to logiczne wyjście zwłaszcza, gdy posiadamy bardzo prądożerne silniki i nie możemy znaleźć żadnego odpowiedniego układu scalonego. Z pomocą może nam przyjść ta strona:
Od dłuższego czasu czytam Twój blog i szukam inspiracji dla swoich prób tworzenia robotów w domowym zaciszu 🙂 Dzięki, że to robisz 🙂 Znacznie ułatwiasz mi, laikowi, zadanie 🙂